单层球面网壳设计实例(已加密)

硕士研究生课程考试试卷

硕士研究生课程考试试卷

考试科目：大跨与空间钢结构

考生姓名：许爱国考生学号：20101602009

考生姓名：杨 丹考生学号：20101602024

考生姓名：张 长考生学号：20101602084

考生姓名：田真珍考生学号：20101602015

学院：土木工程学院专业：土木工程（结构工程方向）考生成绩：90

任课老师(签名) 崔佳

考试日期：2011 年9月5日

目 录

录

1设计资料 (1)

1.1 设计题目 (1)

1.2 设计参数 (1)

2 设计分析软件 (2)

2.1 分析软件简介 (2)

2.2 软件分析步骤 (2)

3 网壳结构设计计算 (3)

3.1 设计基本要求 (3)

3.2 计算分析方法 (3)

3.3 结构模型建立 (4)

3.4 节点与单元属性设置 (5)

3.5 材料参数设置 (6)

3.6 施加约束和荷载 (7)

3.7 软件初步分析设计 (11)

3.8 结构动力分析 (14)

3.9 竖向和水平地震作用抗震验算 (19)

3.10 结构风振系数计算 (21)

3.11 支座节点及檩条设计说明 (21)

4 网壳结构计算结果信息 (22)

4.1 网壳结构各杆件内力 (22)

4.2 网壳结构挠度验算 (23)

4.3 杆件与球节点配置及材料表 (25)

4.4 图纸生成说明 (25)

5 设计结果分析 (26)

5.1 单层球面网壳设计结果概述 (26)

5.2单层球面网壳整体稳定性分析简述 (27)

5.3 网壳结构设计中的几个问题 (29)

参考文献 (30)

附录 (31)

1 设计资料

1.1 设计题目

设计一单层球面网壳，网壳直径为20m，矢高7m，周边支承在钢筋混凝土柱及圈梁上，钢筋混凝土柱沿周边每20°一个均匀布置，柱截面尺寸为400mm×700mm，柱顶及圈梁顶标高为15.2m，圈梁截面尺寸为400mm×600mm。网壳上搭设檩条，屋面板采用压型钢板。

1.2 设计参数

1.2.1 静荷载

网壳自重：网壳结构的自重包括钢管杆件和焊接空心球节点（或螺栓球节点）的重量，可由计算机分析软件程序自动生成。

附加恒载：檩条、压型钢板和灯具重量取2

kN m。

0.65/

1.2.2 活荷载

本工程屋面为不上人屋面，根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）(2006年版)第4.3.1条规定，屋面均布活荷载标准值取为2

kN m。屋面均布活荷载不应

0.5/

与雪荷载同时考虑，取二者的较大值，此处不考虑雪荷载。基本风压取2

0.4/

kN m，本工程不考虑积灰荷载和吊车荷载。

1.2.3 温度作用

此处的温度作用仅指分析软件用到的温度差，即结构施工安装时的温度与使用过程中温度的最大差值，此处取为-25℃~25℃。

1.2.4 地震作用

本工程所在场地的抗震设防烈度为8度，场地类别为Ⅱ类，根据《空间网格结构技术规程》（JGJ7-2010）第4.4.2条规定，本工程单层球面网壳结构需要进行竖向和水平抗震验算。

1.2.5 结构材料

网壳结构杆件对钢材材质的要求与普通钢结构相同，本工程采用Q235B钢。网壳杆件截面形式有圆钢管、方钢管、角钢及H型钢等，由于圆钢管相对回转半径大和截面特性无方向性，对受压和受扭有利，一般情况下，圆钢管截面比其他型钢截面可节约20%的用钢量，当有条件时应优先采用薄壁圆管形截面，圆钢管可采用高频电焊钢管（即有缝管）或无缝钢管，其中高频电焊钢管较无缝钢管造价低且壁薄，设计时应优先使用，故本工程采用高频电焊圆钢管。网壳结构下部的钢筋混凝土柱及圈梁的混凝土强度等级采用C30。

2设计分析软件

2.1分析软件简介

本工程单层球面网壳结构的设计主要采用理论分析与专业软件计算相结合的形式完成。与计算机技术密切相关的有限元法是空间网格结构最为有效、也是最精确的分析计算方法，目前，用于结构分析设计的通用有限元分析软件有ANSYS、ABQUS、ADINA、MIDAS和SAP2000等，国内比较普遍采用的空间网格结构计算机辅助设计专业软件有MSTCAD（轻软登字第001号）、SFCAD（轻软登字第002号）和MSGS （轻软登字第003号）等。

2.2 软件分析步骤

本工程单层球面网壳结构主要采用由浙江大学空间结构研究中心开发的空间网格结构计算机辅助设计专业软件MSTCAD2008进行分析计算。该软件用于设计的基本步骤包括：

1）根据实际情况，建模时可选取“标准网格”的网格形式，输入相关数据；

2）对标准网格进行调整，可以利用“坐标移动”、“起坡”、“复制”、“增加节点”、“删除节点”、“增加杆件”、“删除杆件”等等菜单；

3）如果有梁柱单元，设定“杆件属性”、“节点属性”；

4）添加约束、荷载，如果要考虑温度应力和地震作用，可以在“综合信息”中输入；5）设定杆件截面库规格和球节点规格；

6）在“设计信息”中设定材料设计强度，选定节点类型；

7）设定工况组合以及相应的分项系数；

8）进行“满应力设计”。如果确定截面，则直接进行“验算不调整”；

9）查看各工况下的计算结果，如杆件轴力、节点位移、支座反力等，选择“显示设置”菜单；

10）设置“配件材料库”；

11）杆件截面确定之后，对于螺栓球节点网架，进行“高强螺栓设计”，然后进行“球节点设计”。而对于焊接球节点，则直接进行“球节点设计”；

12）进行“支座节点设计”；

13）可以进行施工图绘制过程。对于[企业版]用户，可以不需要施工图，而直接进行加工图绘制；

14）在加工图绘制之前，应先进行“节点螺孔角度计算”，但对于焊接球网架，不需要此项工作；

15）图纸绘制包括“绘图综合信息”输入→“布图”→“图纸生成”→“预演”→“转